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目前,传感网络正朝着智能化方向发展,“物联网”和“智慧地球”的核心技术均是无线传感网技术。在特高压智能电网的发展过程中,实现电流的实时监测和反馈,对于电网的安全运行来说显得越来越重要。尽管各种类型的光学电流传感器(OCS)在一定程度上解决了传统电流互感(CT)存在的一些问题,但它们自身的缺陷限制了它们的实用化发展。微机电机械系统(MEMS)的出现,使得制造出性能优、价格低的光学电流传感器成为可能。MEMS扭转微镜与光纤传感相结合,是光学电流传感器发展的一个新方向。 当前大多数MEMS扭转微镜都基于硅材料制作。硅材料的属性限制了扭转微镜的扭转角度,且传感器的抗冲击性能差。另外,现有的MEMS电流传感器往往带有罗氏线圈(Rogowski)等集磁环,结构复杂。根据以上问题,本学位论文提出一种基于聚合物材料制作的,结构简单的MEMS电流传感器。 论文提出的这一新型交流电传感器,其关键部分是聚合物MEMS扭转微镜。扭转微镜具有聚合物—金属复合结构,基体材料采用聚碳酸酯(PC),扭转梁采用金属材料制作。永磁体被聚合物材料包埋于扭转微镜内部,扭转微镜的反射面为反射光栅结构。这一传感器结构简单、功耗小、易安装、微型化、成本低,可在智能电网的大量使用。 论文从理论上分析扭转微镜驱动力的来源,以及各个参数对其静态力学特性和动态力学特性的影响,确定扭转微镜的最佳结构。通过模拟该传感器用于检测不同幅值交流电信号的情况,得到扭转微镜在不同电流下的稳态振动扭转角幅度以及归一化光强信号,并得出电流幅值与扭转角幅度之间的关系。同时,电流幅值与归一化光强损耗之间的关系也被确定。理论研究表明,这一 MEMS交流电传感器具有很高的灵敏度,在电流幅值为0-50A范围内,其归一化光强变化率最高可达0.024/A。 在实验室完成聚合物扭转微镜的制作并搭建检测光路。分析光路调试过程中出现的失真信号,并排除原因。调试完成后,在实验室无光照环境下对不同幅值的交流电信号进行解调,实验数据表明,在电流幅值为0A-10A范围内时,传感器归一化光强变化率约为0.0087/A,在电流幅值为10A-40A范围内,归一化光强变化率约为0.0222/A,而在40A-50A范围内,其归一化光强变化率为0.0180/A。实验结果与模拟的结果基本保持一致,说明这一传感器具有良好的可靠性。